DE102008052827A1

DE102008052827A1 - Dezentrale Energietankstelle

Info

Publication number: DE102008052827A1
Application number: DE102008052827A
Authority: DE
Inventors: Rolf Schicke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-05-06

Abstract

Die Erzeugung elektrischer Energie aus Anlagen zur Nutzung sog. erneuerbarer Energien (Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen u.a.m.) ist naturgemäß mit gewissen Schwankungen bzgl. der erzielten Leistung entsprechend dem jeweiligen Angeobot an Windenergie, Sonnenenergie etc. behaftet. Dies stellt für die vorhandenen elektrischen Verteilnetze z. T. ein großes Problem dar. Zur Lösung dieser Problematik werden verschiedene Szenarien bzw. Techniken diskutiert, die jedoch z. T. nicht parktikabel erscheinen. Das hier vorgeschlagene Konzept zur Nutzung erneuerbarer Energien (typischerweise Windenergie) sieht in erster Linie die direkte Nutzung der erzeugten Elektroenergie durch Elektrofahrzeuge vor (Schnelladungen innerhalb weniger Minuten); ein Teil der erzeugen Elektroenergie soll jedoch via Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung eingesetzt werden, so daß die Energietankstelle auch bei geringem Eintrag an EE netzunabhängig für einen bestimmten Zeitraum betrieben werden kann. Außerdem steht Wasserstoff als universell einsetzbarer Energieträger, u. a. für die Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen, zur Verfügung. Durch die Speicherung größerer Mengen Energie ist darüber hinaus auch die sichere Lieferung von Elektroenergie im Rahmen der Vermarktung z. B. an der EEX in Leipzig gegeben, was einen zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Strom- und Wasserstofftankstelle für Elektrofahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft dezentral angeordnete Energietankstellen, vorzugsweise Strom- und Wasserstofftankstellen als Grundlage einer Infrastruktur zur Ermöglichung individueller, öffentlicher und gewerblicher Elektromobilität (Batteriefahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Batterien (Akkus), Brennstoffzellen sowie ggf. auch andere Energiespeicher wie z. B. sogenannte Supercaps enthaltend) sowie je nach Anwendungsumfeld auch zur Stabilisierung des lokalen bzw. regionalen elektrischen Netzes sowie ggf. auch zur Aufladung portabler Geräte sowie ggf. auch zur Betankung transportabler Speichereinheiten für Wasserstoffgas und/oder Elektroenergie.
Hintergrund der Erfindung/Stand der Technik
Auf dem Hintergrund der in naher Zukunft aus den bekannten Gründen (vgl. „peak oil”) zu erwartenden starken Preisanstiege für fossile Kraftstoffe, insbesondere Rohöl, hat sich das Bewußtsein sowohl in der Öffentlichkeit als auch allem Anschein nach bei praktisch sämtlichen großen Automobilunternehmen dahingehend gewandelt, daß nach Zeiten stetig steigender Fahrleistungen insbesondere im PKW-Bereich nunmehr verstärkt sowohl auf parallele Hybridantriebe, bestehend aus einem elektrischen Antriebsstrang und einem verbrennungsmotorischen Antrieb als auch auf sogen. serielle Hybride (elektrischer Antrieb, gespeist in der Regel aus einem Batteriesatz an Bord des Fahrzeugs, in Kombination mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor vergleichsweise kleiner Leistung, der lediglich (vorzugsweise bei konstanter Drehzahl zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades bzgl. der Umwandlung chemischer in mechanische Energie und damit (über den angeflanschten Generator) letztlich elektrischer Energie) zum Nachladen der Bordakkus eingesetzt wird), gesetzt wird.
Anstelle des (kleinen) Verbrennungsmotors kann auch eine Brennstoffzelle zum Einsatz kommen, typischerweise ebenfalls in der Größenordnung einiger kW bis etwa 20 kW.
Zur Versorgung dieser Fahrzeuge wird neben elektrischer Energie zum Nachladen der Akkus auch ein chemischer Energieträger für den Betrieb der Brennstoffzelle bzw. den „kleinen” Verbrennungsmotor benötigt.
Obwohl hierfür eine Reihe von Möglichkeiten besteht und in der Vergangenheit auch an Prototypfahrzeugen erprobt wurde (u. a. die on-board-Reformierung von Methanol oder auch Benzin oder Dieselkraftstoff), wurde vor einigen Jahren mehrheitlich für Wasserstoff an Bord der Fahrzeuge plädiert. Mittlerweile hat sich ein gewisser Standard der Wasserstoffspeicherung bei 350 bar bzw. (zukünftig in stärkerem Maße) bei 700 bar gebildet. Oberhalb dieses Wertes wird es wegen der dann bereits erheblichen Abweichungen des komprimierten Wasserstoffgases vom Verhalten idealer Gase zunehmend unwirtschaftlicher, Wasserstoff bei noch höheren Druckniveaus an Bord des Fahrzeugs mitzuführen, zum einen, da der Aufwand bzgl. der Tanks sowie ebenso der Tankstellenausrüstungen (Höchstdruck-Kompressoren) stark zunimmt, zum anderen, da der Zuwachs an zusätzlichem Wasserstoffgas mit zunehmendem Druckniveau immer geringer wird.
Aus diesem Grund kann man für die überschaubare Zukunft von einem maximalen Fülldruck der Wasserstoffspeicher an Bord der Fahrzeuge von 700 bar ausgehen. Ein Problem ist allerdings bislang die Verfügbarkeit von Wasserstoff an allgemein zugänglichen Tankstellen.
Im Bereich der elektrischen Aufladung der Bordakkus gibt es bislang in der Regel lediglich die Möglichkeit, entweder über haushaltsübliche Steckdosen (230 Volt, z. B. mit 16 Ampere abgesichert) oder, im industriellen bzw. gewerblichen Umfeld, auch über 400 Volt Drehstromanschlüsse nachzuladen. Beide Varianten erlauben jedoch keine Nachladung der Bordakkus innerhalb eines für die Elektromobilität über weitere Entfernungen akzeptablen Zeitraum weniger Minuten, sondern erfordern Ladezeiten im Bereich einiger Stunden, d. h. typischerweise über Nacht.
Daraus folgt, daß mit den bisherigen Möglichkeiten der Nachladung von Bordakkus von Elektrofahrzeugen eine Elektromobilität über weitere Entfernungen nicht möglich ist. Das Konzept des Akkutauschs an hierfür besonders eingerichteten Tankstellen erscheint als recht aufwendig aus der Sicht nichtindustrieller Nutzer.
Insgesamt ist festzuhalten, daß für die Betankung zukünftiger Fahrzeuge, die im wesentlichen Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge (aus Batterien (Akkus), Brennstoffzellen oder Verbrennungsmotoren, die ggf. auch andere Energiespeicher wie z. B. sogen. Supercaps enthalten können) sein werden, mit elektrischer Energie und/oder chemischer Energie, vorzugsweise Wasserstoff im Falle von Brennstoffzellen an Bord der Fahrzeuge bzw. biogener Kraftstoffe im Falle von Verbrennungsmotoren, bislang keine leistungsfähigen Energietankstellen zur Verfügung stehen, wo sowohl elektrische als auch chemische Energie in nennenswerten Mengen, d. h. zur Erzielung einer Fahrtstrecke von mehr als etwa 50 km, insbesondere auch Fahrtstrecken von einigen hundert Kilometer, innerhalb weniger Minuten (typisch etwa 5 bis 20 min) auf das Fahrzeug bzw. die an Bord des Fahrzeugs dafür vorgesehenen Speichereinrichtungen (Tank, Metallhydridspeicher, Akkumulator (Batterie), Supercap oder andere) übertragen werden kann.
Gegenstand der Erfindung
Zur Lösung der oben beschriebenen Problematik – praktisch keine Verfügbarkeit von Wasserstoff zur Betankung von brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen sowie keine Verfügbarkeit von Stromtankstellen, die eine Schnelladung batteriebetriebener Fahrzeuge ermöglichen – wird die erfindungsgemäße Kombination von Strom- und Wasserstofftankstelle vorgeschlagen, die neben der reinen Fahrzeugbetankung weitere Vorteile, je nach Einsatzumgebung bietet. Auch eine reine Stromtankstelle mit hochleistungsfähigen Tankplätzen, d. h. der technischen Ausrüstung zur Übertragung von mindestens etwa 20 kW elektrischer Leistung je Tankplatz, ist möglich, wobei zur Vergleichmäßigung des Angebots der von einer Anlage zur Nutzung Erneuerbarer Energien erzeugten elektrischen Energie bzw. auch zur Sicherstellung der Verfügbarkeit elektrischer Energie im Falle einer autarken Anlage, d. h. ohne weitere Netzanbindung, in der Regel eine Elektrolyseanlage Teil der Stromtankstelle sein wird, um über die Erzeugung/Speicherung von Wasserstoff eine Zwischenspeicherung der Energie zu ermöglichen, wobei die Rückverstromung vorteilhafterweise durch eine Brennstoffzelle/ein Brennstoffzellensystem erfolgt.
Grundlage der erfindungsgemäßen Tankstelle ist eine Vorrichtung zur Nutzung sogen. Erneuerbarer Energien, vorzugsweise Windenergie. Grundsätzlich können auch andere Arten der Erneuerbaren Energien, also Geothermie, Solarthermie, Biomassenutzung, Photovoltaik u. a. zur Stromerzeugung eingesetzt werden; die Windenergienutzung mittels Windkraftanlagen ist jedoch eine besonders vorteilhafte Art der Elektroenergieerzeugung aus der Erneuerbaren Energie „Wind”, da hier die erzielbare Leistungsdichte (erzeugte kW je benötigtem Quadratmeter Fläche zur Verfügung gestelltem Boden) besonders hoch ist und die Technik mittlerweile einen sehr hohen Standard u. a. bzgl. Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit erreicht hat.
Eine (allerdings vergleichsweise recht große) Photovoltaikanlage wäre ebenfalls geeignet für den Betrieb der hier vorgeschlagenen Strom- und Wasserstofftankstelle.
Mittels einer der genannten oder auch einer anderen Vorrichtung zur Nutzung Erneuerbarer Energie wird Elektroenergie erzeugt, die erfindungsgemäß sowohl direkt, d. h. ohne zuvorige Umwandlung in andere Energieformen wie etwa chemische Energie, für die Betankung (Aufladung der Bordbatterien) von Elektrofahrzeugen eingesetzt wird, zum anderen zu einem gewissen Anteil in eine gut speicherbare Form, hier vorzugsweise Wasserstoffgas, umgesetzt wird.
Im Unterschied zu anderen, bislang errichteten Stromtankstellen weist eine erfindungsgemäße Stromtankstelle mindestens einen „Tankplatz” mit einer hochstromfähigen Ladestation bzw. in jedem Fall einer Ladestation mit hoher elektrischer Leistung, d. h. oberhalb von etwa 20 kW, auf.
Bevorzugt sind Stromtankplätze (Ladestationen zur Übertragung elektrischer Energie in die Bordbatterien) mit Leistungen oberhalb von etwa 100 kW vorzusehen, so daß moderne Batterien, etwa Lithium-Ionen-Akkus, innerhalb weniger Minuten komplett geladen werden können. Mit einer 250 kW-Ladestation ist es beispielsweise möglich, innerhalb von knapp 5 Minuten 20 kWh elektrische Energie in das Fahrzeug zu übertragen, was für zukünftige Elektrofahrzeuge je nach Antriebsleistung (PKW-Klasse) einer Reichweite von etwa 150 bis 200 km entspricht. Durch Verlängerung der Ladezeit kann entsprechend mehr Elektroenergie auf die Fahrzeugbatterien übertragen werden. Vielfach dürfte jedoch ein typischer Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs damit innerhalb von etwa 10 Minuten durchzuführen sein, für die Nachladung der Akkus nur für Kurzstrecken (etwa für den urbanen Einsatz) entsprechend noch weniger. Dies zeichnet die erfindungsgemäße Lösung auch gegenüber dem Ansatz des Akkutauschs an hierfür eingerichteten Stromtankstellen aus, wo ein Wechsel der Akkus eigentlich vom Aufwand nur lohnt, wenn die Bordakkus nahezu „leergefahren” sind.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Stromtankstelle ermöglicht somit erstmals eine echte Praxistauglichkeit individueller Elektromobilität über längere Entfernungen. Typische Reichweiten heutiger Elektrofahrzeuge liegen im Bereich um 60 bis 200 km, in einzelnen Fällen auch etwas darüber. Bislang mußten diese Fahrzeuge dann für mindestens einige Stunden wieder geladen werden, was einer individuellen Elektromobilität über größere Entfernungen entgegensteht.
Eine erfindungsgemäße Stromtankstelle enthält in der Regel neben der Funktionalität hochstromfähiger bzw. hochleistungsfähiger Stromtankplätze zusätzlich das Angebot einer Betankung von Fahrzeugen mit Druckwasserstoff auf unterschiedlichen Druckniveaus, je nach Typ des Fahrzeugs. Es sollen Tankplätze für Wasserstoff bei 200 bar, 350 bar und 700 bar (jeweils Tankdrücke) installiert werden, wobei der an der Tankstelle zur Verfügung gestellte Druck jeweils etwas oberhalb der mobilen Tanks liegt, um eine einfache Befüllung mittels Überströmen zu ermöglichen.
Gleichzeitig dient der am Ort der Strom- und Wasserstofftankstelle erzeugte Wasserstoff als Energiespeicher, u. a. zur Vergleichmäßigung des Energieangebots, welches durch die Anlage zur Nutzung Erneuerbarer Energie, hier vorzugsweise als Windkraftanlage ausgeführt, bereitgestellt wird. Die Erzeugung des Wasserstoffs geschieht dabei mittels Elektrolyse, wobei aus Wirkungsgradgründen der Druckelektrolyse der Vorzug gegeben wird.
Kommerziell erhältlich sind etwa alkalische Druckelektrolyseure mit 30 bar Betriebsdruck. Es sind auch höhere Druckniveaus erhältlich, z. B. vom amerikanischen Hersteller Avalence (bis einige hundert bar Betriebsdruck), die Investitionskosten liegen jedoch noch sehr hoch. Der Umsetzungswirkungsgrad moderner Elektrolyseure (elektrische Energie in Wasserstoff (plus Sauerstoff)) liegt bei etwa 70 bis 75% entsprechend einer Leistungsaufnahme von etwa 4,2 kW elektrischer Leistung je Nm³ Wasserstoff und Stunde.
Für eine möglichst energieeffiziente Zwischenspeicherung der elektrischen Energie aus der Windkraftanlage (WKA) mittels Wasserstoff bietet es sich an, den Wasserstoff direkt aus dem Druckelektrolyseur in einen großvolumigen Behälter zu leiten, ebenso ggf. den gleichzeitig erzeugten Sauerstoff oder alternativ diesen zwecks Vermarktung auf 200 bar zu verdichten und in handelsübliche Stahlflaschen abzufüllen. Je nach Umfeld der Anlage kann sich auch eine direkte Verwertung des erzeugten Sauerstoffs anbieten (vgl. z. B. die Kläranlage in Barth, Mecklenburg-Vorpommern).
Beispiele zur Ausgestaltung der Erfindung
a) Kombinierte Strom- und Wasserstofftankstelle
Für eine Zwischenspeicherung von Wasserstoff für einen Rund-um-die-Uhr-Betrieb einer Stromtankstelle mit z. B. 10 Stellplätzen à 150 kW und einer Speichervorhaltezeit von 10 Tagen errechnet sich der erforderliche Wasserstoffvorrat folgendermaßen:
Es wird angenommen, daß ein kompletter Betankungsvorgang (gleich Blockierung des jeweiligen Tankplatzes) im Mittel 20 Minuten beansprucht. Wird während der ganzen Zeit die Batterie des Fahrzeugs geladen, werden 50 kWh elektrische Energie auf die Bordakkus eines Fahrzeugs übertragen, in der Summe (sämtliche Tankplätze besetzt) somit 500 kWh. In einer Stunde werden somit 1,5 MWh elektrische Energie benötigt.
Nimmt man überschlägig eine vollständige Auslastung der Tankstelle (24 h, jeweils sämtliche Tankplätze belegt) an, ergibt sich pro Tag ein Energiebedarf von 36 MWh, für 10 Tage daher ein elektrischer Bedarf von 360 MWh.
Der Energieinhalt eines Normkubikmeters (Nm³) Wasserstoff beträgt etwa 3 kWh. Nimmt man für die Rückverstromung mittels Brennstoffzellen (z. B. ein 300 kW-System für den Dauerbetrieb von zwei der genannten 150 kW-Tankplätze) einen Umsetzungswirkungsgrad von 50% an, ergibt sich ein Wasserstoffbedarf von 240.000 Nm³. Nimmt man vereinfachend bei 30 bar Fülldruck noch das Verhalten eines idealen Gases an, werden 8000 geometrische Kubikmeter Speichervolumen benötigt.
Zur Verringerung des Speichervolumens kann ein höheres Druckniveau mittels Kompressor gewählt werden; wegen der Kompressorverluste geht dies jedoch zu Lasten des Wirkungsgrads der Gesamtkette der Umwandlungen.
Für die Vorhaltung komprimierten Wasserstoffs auf verschiedenen Druckniveaus wird ein Teil des per Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs auf 250 bar, 400 bar und 740 bar verdichtet, so daß die Befüllung entweder von handelsüblichen Stahlflaschen (typisch 200 bar Fülldruck) sowie von mobilen Speichern an Bord von Fahrzeugen (350 bzw. 700 bar) durch einfaches Überströmen erfolgen kann.
Zur Vermeidung zusätzlicher Verluste durch Zwischenschalten eines Kompressors soll der lediglich für die Zwischenspeicherung vorgesehene Anteil des per Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs bei dem Betriebsdruck des Elektrolyseurs, d. h. bei typischerweise 30 bar, in große Drucktanks geleitet werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht hierzu zylindrische Behälter aus Aluminium oder Stahl vor, die unterirdisch von einer Betonverschalung umgeben sind, so daß im wesentlichen die jeweils nach oben gerichteten Flansche bzgl. des Fülldrucks auszulegen sind.
Zur Rückverstromung des gespeicherten Wasserstoffs wird ein Brennstoffzellensystem eingesetzt; dies ermöglicht den größtmöglichen Umsetzungswirkungsgrad (H₂ → Elektroenergie). Um jeweils zwei Stromtankplätze kontinuierlich mit hinreichend elektrischer Leistung zu versorgen, soll das Brennstoffzellensystem eine Nennleistung von 300 kW aufweisen.
Der Elektrolyseur sollte etwa 200 kW Nennleistung aufweisen, so daß eine komplette Befüllung der Drucktanks innerhalb von etwa 1 Monat erfolgen kann.
Je nach Standort (Windverhältnisse) und auch Nutzerverhalten (überwiegend Strom oder auch erhebliche Anteile Wasserstoff werden getankt) wird die Praxis zeigen, welche Aufteilung insbesondere des erzeugten Wasserstoffs auf die verschiedenen Druckniveaus besonders sinnvoll erscheint.
b) Reine Stromtankstelle
In diesem Fall wird die Tankstelle als reine Stromtankstelle ausgeführt, entweder gespeist aus einem Drehstrom-Mittelspannungsnetz (wegen der relativ großen geforderten Leistung der einzelnen Stromtankplätze (150 kW oder größer)) oder auch aus der bzw. den lokalen Anlagen zur Nutzung Erneuerbarer Energien, also z. B. ein oder mehrere Windkraftanlagen, größere Photovoltaikanlagen, eine Anlage zur energetischen Nutzung von Biomasse oder eine oder mehrere der anderen möglichen Technologien zur Nutzung Erneuerbarer Energien.
Ebenso wie im Falle der kombinierten Strom- und Wasserstofftankstelle wird auch hier in der Regel eine gewisse Energiespeicherung vorgesehen sein, zumindest in Form eines Batteriesatzes oder auch eines Notstrom-Dieselaggregats bzw. vorzugsweise eines BHKW, welches z. B. mit Biogas bzw. ggf. aufgereinigtem und aufkonzentriertem Biogas („Bio-Methan”), d. h. mit einem Brennwert und einer chemischen Zusammensetzung sehr ähnlich von Erdgas, betrieben wird. Auch die Zwischenspeicherung in Form von Wasserstoff ist denkbar; hier dient der Wasserstoff lediglich als chemischer Energieträger für die Speicherung der Erneuerbaren Energie.
c) Varianten der Wasserstoffherstellung als chemischer Energieträger zur Zwischenspeicherung der aus Erneuerbaren Energien gewinnbaren elektrischen oder auch chemischen Energie
Neben der Wasserelektrolyse gibt es weitere Verfahren der Wasserstoffherstellung aus Erneuerbaren Energien. Sofern die zunächst vorliegende Energieform elektrische Energie ist, wird Elektrolyse (alkalischer Elektrolyseur, mehrere Druckniveaus möglich (z. B. „atmosphärischer” Elektrolyseur, d. h. bei einem Druckniveau von typisch etwa 30 bis 50 mbar Überdruck arbeitend, oder auch Druckelektrolyseur (typisch bei 30 bar Betriebsdruck, von einigen wenigen Herstellern aber auch bis zu einigen hundert bar Betriebsdruck erhältlich, zur Zeit jedoch nur in relativ geringen Anschlußleistungen von etwa 5 kW)) oder auch PEM-Elektrolyseur, auch hier sind bis dato nur Anlagen mit jeweils einigen kW Anschlußleistung kommerziell erhältlich) eingesetzt.
Fällt die ursprüngliche Energie hingegen als chemische Energie an (in der Regel entweder aus Biomasse oder aus Siedlungsabfällen, Resthölzern etc.), gibt es weitere Möglichkeiten der Wasserstoffbereitstellung. Als Beispiele seien genannt:
die Vergasung von (vorzugsweise bereits recht trockener, d. h. Wassergehalt unterhalb von etwa 5%) Biomasse, das entstehende Produktgas enthält einen bestimmten Anteil Wasserstoff, der durch weitere Reaktionen, z. B. Reformierung mit anschließender Shift-Reaktion erhöht werden kann,
die Vergasung in überkritischem Wasser (eignet sich insbesondere für Biomasse mit hohem Wassergehalt, also z. B. Grünschnitt), ein besonderer Vorteil ist hier, daß der entstehende Wasserstoff sehr elegant und in hoher Reinheit vom ebenfalls erzeugten CO₂ einfach durch die unterschiedliche Löslichkeit der beiden Gase bei verschiedenen Druckniveaus abgetrennt werden kann. Durch die überkritischen Bedingungen (> 220 bar) des Prozesses liegt im Prozeß bereits ein hoher Druck vor, so daß der Wasserstoff bei etwa 150 bar erhalten wird. Dieses Verfahren wird z. B. in der Versuchsanlage „VERENA” am Forschungszentrum Karlsruhe eingesetzt; auch in den Niederlanden (vgl. die Aktivitäten der BTG, Biotechnology Group) gibt es Pilotanlagen hierzu.
die Erzeugung von Biogas, wobei aus dem Gemisch von im wesentlichen CO₂ und CH₄ durch Dampfreformierung ein wasserstoffhaltiges Produktgas erhalten wird, welches (vgl. Vergasungsprozesse) durch Shiftreaktionen bzgl. des H₂-Gehalts noch verbessert werden kann (im wesentlichen wird dabei der CO-Gehalt reduziert, was im Hinblick auf die Verträglichkeit der nachgeschalteten Brennstoffzellen von entscheidender Bedeutung ist.
Die direkte Wasserstofferzeugung über (sogen. „dunkle”) Fermentation ist ebenfalls eine Möglichkeit, aus einer Biomasse mit sehr hohem Wasseranteil bzw. einer entsprechenden Lösung reinen Wasserstoff zu erhalten. Besonderer Vorteil hier ist die praktisch vollständige Abwesenheit von CO, was für Brennstoffzellenstacks äußerst vorteilhaft ist.
Einer erfindunggsgemäße Tankstelle kann daher sowohl als reine Stromtankstelle ausgelegt sein, wobei das wesentliche Merkmal die im Vergleich zum Stand der Technik sehr viel leistungsfähigeren Stromtankplätze sind (Stand der Technik: typisch etwa 3,5 bis maximal etwa 8 kW je Tankplatz; hier hingegen: ca. 150 kW), oder es kann eine Kombination aus Strom- und Wasserstofftankstelle errichtet werden, wobei ein Synergieeffekt darin begründet ist, daß Wasserstoff nicht nur als Energieträger bei verschiedenen Druckniveaus für die Betankung von Fahrzeugen vorgehalten wird, sondern auch „intern” als Speichermedium eingesetzt wird, was u. a. auch bzgl. der Flexibilität im Hinblick auf Strom- und Wasserstoffanteil von Vorteil ist.

Claims

Anlage zur Vorhaltung von elektrischer Energie bzw. leistungsfähiger Netzanschluß, ausgerüstet mit einer geeigneten elektrischen und mechanischen (z. B. Spezialkupplung mit entsprechenden Sicherheitsstandards) Schnittstelle zur elektrischen Betankung von Elektrofahrzeugen (inkl. Schienenfahrzeugen), Booten, Flugzeugen oder auch portablen Geräten, mit einer Anschlußleistung von mindestens 15 kW oder/und chemischer Energie in Form von im wesentlichen Wasserstoffgas zur Betankung von Fahrzeugen, Booten, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen oder auch portablen Geräten mit chemischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage so ausgelegt ist, mit mindestens 15 kW elektrischer Leistung die Batterien eines hierfür geeigneten Elektrofahrzeugs, Schienenfahrzeugs, Bootes, Flugzeugs oder portablen Gerätes zu laden sowie bei Bedarf Wasserstoffgas bei unterschiedlichen Druckniveaus entsprechend der Spezifikation der Speichertanks des zu betankenden Fahrzeugs, Boots, Flugzeugs, Schienenfahrzeugs oder portablen Geräts zur Verfügung zu stellen.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Anschlußleistung je Tankplatz (gleichbedeutend mit einer Anschlußstelle für genau ein Fahrzeug, Boot, Flugzeug, Schienenfahrzeug oder portables Gerät) im Bereich zwischen 15 kW und 10 MW liegt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffgas bei folgenden Druckniveaus bzw. in folgenden Druckbereichen für die Betankung von Fahrzeugen, Booten, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen oder portablen Geräten oder auch eine andere Verwendung (z. B. Abfüllung in Drucktanks für den Handel) zur Verfügung gestellt wird: 180 bis 260 bar, 330 bis 450 bar, 680 bis 800 bar.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoffgas bei einem Druckniveaus für die Betankung von Fahrzeugen, Booten, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen oder portablen Geräten zur Verfügung gestellt wird, so daß herkömmliche und auch fortgeschrittene Metallhydridspeicher betankt werden können, d. h. in einem Druckbereich zwischen 1 bar und 50 bar.
Anlage nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine derartige dezentrale Energietankstelle über ein bis 100 Einzeltankplätze verfügt, die entweder elektrische oder chemische Energie (vorzugsweise in Form von im wesentlichen Wasserstoffgas in komprimierter Form) auf ein Fahrzeug (Straßenfahrzeug), Boot, Flugzeug, Schienenfahrzeug oder auch portables Gerät in kurzer Zeit übertragen können.
Anlage nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine derartige dezentrale Energietankstelle neben den hochstromfähigen Einzeltankplätzen gemäß Anspruch 2 auch über konventionelle Stromanschlüsse verfügt (230 Volt, 400 V, jeweils mit bis zu 16 Ampere abgesichert), so daß Elektrofahrzeuge dort über einen längeren Zeitraum geladen werden können.
Anlage nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine derartige dezentrale Energietankstelle neben den hochstromfähigen Einzeltankplätzen gemäß Anspruch 2 auch über konventionelle Stromanschlüsse verfügt (230 Volt, 400 V, jeweils mit bis zu 100 Ampere abgesichert), so daß Elektrofahrzeuge dort über einen längeren Zeitraum geladen werden können.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Anlage zur Nutzung Erneuerbarer Energien (Biomasse, Windenergie, Sonnenlicht und -wärmestrahlung, Erdwärme, Gezeitenenergie) gewonnene elektrische Energie zumindest zu einem Teil über einen Wasserelektrolyseprozeß zu Wasserstoff gewandelt wird.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Anlage zur Nutzung Erneuerbarer Energien (Biomasse, Windenergie, Sonnenlicht und -wärmestrahlung, Erdwärme, Gezeitenenergie) gewonnene elektrische Energie zumindest zu einem Teil über einen Wasserelektrolyseprozeß zu Wasserstoff gewandelt wird, wobei die Wandlung mittels eines Druckelektrolyseurs erfolgt.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Anlage zur Nutzung Erneuerbarer Energien (Biomasse, Windenergie, Sonnenlicht und -wärmestrahlung, Erdwärme, Gezeitenenergie) gewonnene elektrische Energie zumindest zu einem Teil über einen Wasserelektrolyseprozeß zu Wasserstoff gewandelt wird, wobei die Wandlung mittels eines Druckelektrolyseurs bei einem Betriebsdruck im Bereich zwischen 1 und 50 bar erfolgt.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserelektrolyseprozeß bei einem Betriebsdruck im Bereich zwischen 50 und 500 bar erfolgt.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserelektrolyseprozeß bei einem Betriebsdruck im Bereich zwischen 500 und 1000 bar erfolgt.
Anlage nach Ansprüchen 1 und 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Wasserstoff unmittelbar, d. h. ohne weitere Verdichtung, in einen oder mehrere Druckbehälter (Tanks aus Metall, glasfaserverstärkten Kunststoffen mit oder ohne Metall-Inliner, kohlefaserverstärkten Kunststoffen mit oder ohne Metall-Inliner, Metallhydridspeicher) oder andere geeignete Behälter oder Aufbewahrungsformen) geleitet bzw. überführt wird.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Wasserstoff in einen oder mehrere Behälter mit einem geometrischen Volumen von mindestens jeweils 200 Liter geleitet wird. und 100 Kubikmeter geleitet wird.
Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Wasserstoff in einen oder mehrere Behälter mit einem geometrischen Volumen von jeweils zwischen 2 und 30 Kubikmeter geleitet wird.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil gespeicherten Wasserstoffs im Anschluß an die Speicherung auf eines der in Anspruch 3 genannten Druckniveaus bzw. Druckniveaubereiche verdichtet wird.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben der direkten Weitergabe der elektrischen Energie aus der Umwandlung Erneuerbarer Energien (Stromtankplätze) sowie der Umwandlung in speicherfähigen Wasserstoff ein Teil der erzeugten elektrischen Energie in ein elektrisches Netz eingespeist werden kann sowie auch ggf. zur Erzeugung von Wasserstoff per Elektrolyse oder auch ggf. zur Bedienung anderer elektrischer Lasten bei Bedarf elektrische Energie aus einem elektrischen Netz, mit dem die beschriebene dezentrale Energietankstelle in Verbindung steht, bezogen werden kann.